RU2158502C2 - Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений - Google Patents

Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений Download PDF

Info

Publication number
RU2158502C2
RU2158502C2 RU94023241/13A RU94023241A RU2158502C2 RU 2158502 C2 RU2158502 C2 RU 2158502C2 RU 94023241/13 A RU94023241/13 A RU 94023241/13A RU 94023241 A RU94023241 A RU 94023241A RU 2158502 C2 RU2158502 C2 RU 2158502C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plants
gene
haploids
stage
marker
Prior art date
Application number
RU94023241/13A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94023241A (ru
Inventor
Олоф БОЗЕМАРК Нильс (SE)
Олоф Боземарк Нильс
Раймон Виктор Лена ТИМЕРМАН Бенедикт (BE)
Раймон Виктор Лена ТИМЕРМАН Бенедикт
Original Assignee
Новартис Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Новартис Аг filed Critical Новартис Аг
Publication of RU94023241A publication Critical patent/RU94023241A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2158502C2 publication Critical patent/RU2158502C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8201Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation
    • C12N15/8209Selection, visualisation of transformants, reporter constructs, e.g. antibiotic resistance markers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01HNEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H1/00Processes for modifying genotypes ; Plants characterised by associated natural traits
    • A01H1/04Processes of selection involving genotypic or phenotypic markers; Methods of using phenotypic markers for selection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8287Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for fertility modification, e.g. apomixis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S47/00Plant husbandry
    • Y10S47/01Methods of plant-breeding and including chromosome multiplication

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Developmental Biology & Embryology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

Способ может быть использован для выращивания растений, являющихся гаплоидами и двойными гаплоидами. Применение в качестве маркера в селекции доминантного селектируемого, доминантного скринируемого или доминантного условно летального трансгена индукции неопределенного гаметофита позволяет создать надежную маркерную систему, лишенную недостатков традиционных систем. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Предметом настоящего изобретения является выращивание растений. В частности, предметом изобретения является получение гаплоидов и двойных гаплоидов (в виде растений или семян), предпочтительно индуцированных геном индукции гаплоидов, и их селекция и/или скрининг.
Когда у материнского родителя присутствует мутантный ген "неопределенного гаметофита" (ig), это приводит к получению потомства с высокой долей дефектных семян и сильно увеличенной частотой гаплоидов как по материнской, так и по отцовской линии. Соотношение материнского и отцовского типов составляет 1:2. Было показано, что при скрещивании растений кукурузы с igig женскими типами при четырехкратном стандартном инбридинге частота андрогенеза составляет от 0,5 до 2% с одним андрогенетическим растением на 10 диплоидов. Однако влияние отцовского донора намного сильнее, чем представлялось до сих пор. Так, было показано, что средняя величина частоты андрогенеза из-за ig составляла менее 0,03%, для некоторых генотипов достигая 1,5%. Недавно удалось подтвердить, что наличие гена ig в генотипе раннеспелой кукурузы, например инбредной линии Co220, приводит к образованию гаплоидов, сохраняя такой же или более высокий уровень индукции гаплоидов. Однако использование этого способа для крупномасштабного получения гаплоидов в практической селекции растений требует наличия эффективной системы маркирования, которая позволяет различать гаплоиды и спонтанно удвоенные гаплоиды отцовского происхождения с одной стороны, и полученные половым путем диплоиды и материнские гаплоиды и двойные гаплоиды, с другой стороны.
Наиболее удобной маркерной системой, используемой до настоящего времени, по крайней мере для кукурузы, является Маркерная линия с Пурпурным Эмбрионом (ПЭМ) с генотипом
Figure 00000001
созданная изначально для выявления материнских гаплоидов, но используемая также и для выявления ig-индуцируемых гаплоидов. Основным геном в этой системе является
Figure 00000002
которая в сочетании с доминантными генами
Figure 00000003
обуславливающими пигментацию, вызывает красную или пурпурную пигментацию алейрона, главным образом, верхней части зерна, и глубокую пурпурную пигментацию зародыша. Любая линия кукурузы с бесцветными зернами может являться родительским донором гаплоидов, при условии, что она не является гомозиготой RR, и потеря окраски происходит не из-за доминантного ингибитора пигментации. Для выявления материнских гаплоидов линию ПЕМ используют в качестве опылителя, а для выявления ig-индуцированных андрогенетических гаплоидов линию ПЕМ-ig используют в качестве зернового родителя в скрещиваниях с донорной линией или селекционной линией. В обеих системах искомые гаплоиды имеют белый зародыш и окрашенный алейрон. Несмотря на то, что ПЭМ система обеспечивает эффективную селекцию материнских гаплоидов в сухих зернах, высока доля дефективных и мелких зерен в igig женских наборах зерновой селекции андрогенетических гаплоидов.
В данном изобретении предлагают маркерную систему, лишенную вышеуказанных недостатков, для использования в селекции гаплоидов.
Согласно данному изобретению в качестве маркера в селекции гаплоидов либо двойных гаплоидов предложено использование по меньшей мере одного из следующих генов: доминантный селектируемый маркерный ген, доминантный скринируемый маркерный ген или доминантный условно летальный ген.
Под "доминантным условно летальным геном" понимают любой ген, продукт которого способен вызывать конверсию нелетального или неингибирующего фактора в летальный либо ингибирующий фактор. В предпочтительном случае таким фактором является химическое соединение, например нафтилацетамид, хлорат либо индол-3-ацетамид, а летальный ген при этом может кодировать нитратредуктазу (NR) либо индолацетамидгидролазу (laaH).
Под "доминантным селектируемым маркерным геном" понимают любой ген, продукт которого способен вызывать конверсию токсичного, ингибирующего либо еще какого-нибудь фактора, нарушающего метаболизм, в менее токсичную, менее ингибирующую или менее разрушительную для метаболизма форму. Желательно, чтобы указанный генный продукт был способен делать фактор в значительной степени нетоксичным или неингибирующим, не опасным для метаболизма. Очень удачно, если фактор является гербицидом или антибиотиком. В этих случаях селектируемый маркерный ген может кодировать фермент, инактивирующий гербицид, который способен, например, придавать устойчивость либо выносливость к гербициду ткани, его содержащей. Таким образом селектируемый маркерный ген может кодировать фосфинотрицинацетилтрансферазу (PAT), глифосатоксидоредуктазу (GOX), либо EPSPS, то есть придавать выносливость либо устойчивость, например, к глуфосинату или глифосату (глуфосинат производится фирмой Hoechst AG под торговым наименованием "BASTA").
Под "доминантным скринируемым маркерным геном" понимают любой ген, продукт которого способен придавать содержащей его ткани фенотипически проявляющуюся характеристику. Желательно, чтобы указанный продукт был способен действовать на субстрат, который вследствие такого воздействия превращался бы в хромофор, флюорофор либо другое легко идентифицируемое соединение, прямым или косвенным образом. Очень удачно, если селектируемый маркерный ген кодирует бета-глюкуронидазу, которая способна расщеплять нетоксичные глюкуронид-флюоресцеиновые красители, освобождая таким образом эти красители, которые могут быть обнаружены и определены количественно, если это необходимо или желательно.
Такие доминантные гены могут быть использованы в селекции индуцированных гаплоидов, такими генами могут быть, например, гены индукции гаплоидов, придающие "неопределенный гаметофит" (ig). Желательно, чтобы растение являлось кукурузой, однако могут быть использованы и другие растения, особенно культурные, содержащие гены индукции гаплоидов.
Изобретение включает в себя способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений, в котором линию, несущую ген индукции гаплоидов, и гомозиготную по маркерному трансгену используют для скрещивания с линией-производителем. При этом маркерным геном может служить доминантный условно летальный трансген, продукт которого способен обеспечивать конверсию нелетальных или неингибирующих факторов в летальные или ингибирующие факторы или доминантный селектируемый маркерный трансген, продукт которого способен обеспечить конверсию токсичного, ингибирующего или иным образом нарушающего метаболизм фактора в менее токсичный, ингибирующий в меньшей степени или нарушающий в меньшей степени фактор, или доминантный скринируемый маркерный трансген, продукт которого способен давать ткань, обладающую определенными фенотипическими характеристиками. При селекции гаплоидных и двойных гаплоидных андрогенетических растений линию, гомозиготную по маркерному трансгену и несущую признак индукции гаплоидов, используют в качестве женского родителя при скрещивании с линией-производителем. Этот способ включает следующие стадии:
а) трансформации растения, гетерозиготного по гену индукции гаплоидов, маркерным геном;
б) самоопыления растений, отобранных на стадии а);
в) удаления мужских стерильных растений из популяции растений, полученных на стадии б);
г) самоопыления растений, оставшихся после стадии в);
д) выбраковывания растений, полученных на стадии г), которые являются гомозиготными по доминантному гену индукции гаплоидов;
е) отбора потомства, оставшегося после стадии д), содержащего маркерный ген;
ж) самоопыления растений, выбранных на стадии е);
з) отбора потомства, полученного на стадии ж), которое является гомозиготным по доминантному маркерному гену;
и) скрещивания растений, полученных на стадии з), и отбора растений, которые являются гомозиготными по маркерному гену и гомозиготными по рецессивному гену индукции гаплоидов;
к) опыления растений, полученных на стадии и), диплоидными растениями; и
л) обнаружения или отбора гаплоидов и двойных гаплоидов андрогенетических растений, полученных на этапе к).
При селекции гаплоидных и двойных гаплоидных гиногенетических растений линию, гомозиготную по маркерному трансгену и несущую признак индукции гаплоидов, используют в качестве линии-опылителя при скрещивании с линией-производителем. Этот способ включает следующие стадии:
а) скрещивания отобранного, полученного в результате инбридинга генотипа, способного индуцировать гиногенетические гаплоиды (линия-индуктор), в качестве женского родителя, с генотипом, гомозиготным по маркерному трансгену в качестве опыляющего растения, или же трансформации указанного отобранного генотипа маркерным геном и отбора стабильных трансформантов;
б) обратного скрещивания растений, полученных на стадии а), с линией-индуктором;
в) удаления растений, утративших маркерный ген, из потомства, полученного на стадии б);
г) самоопыления некоторого числа растений, оставшихся после стадии в);
д) удаления растений, утративших маркерный ген, из потомства, полученного на стадии г);
е) скрещивания некоторого числа растений, которые не являются индукторами или маркерными растениями, в качестве материнских родителей, с соответствующим количеством растений, оставшихся после стадии д), в качестве опыляющих растений, и получение самоопыленных семян всех опыляющих родителей;
ж) использования самоопыленных растений, полученных на этапе е) для скрининга опыляющих родителей на гомозиготность по маркерному гену, а также как на способность к индукции гиногенетических гаплоидов;
з) использования оставшихся самоопыленных семян, полученных от опыляющих родителей на стадии е), у которых гомозиготность по маркерному гену сочетается с удовлетворительной способностью к индукции гиногенетических гаплоидов, в качестве линии-опылителя, в скрещивании с линией- производителем;
и) обнаружения или отбора гиногенетических гаплоидов и двойных гаплоидов из растений, полученных на стадии з).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения линия-опылитель имеет генотип, способный к индукции гиногенетических гаплоидов с частотой более чем 0,1%, в более предпочтительном частота составляет около 0,5%.
В качестве растения можно использовать кукурузу.
Ген индукции гаплоидов может быть геном "неопределенного гаметофита" (ig). Предпочтительно в качестве маркерного гена следует применять условно летальный ген, который обеспечивает чувствительность к химическому соединению или селектируемый маркерный ген, который обеспечивает устойчивость либо выносливость к гербициду или антибиотику, или скринируемый ген, кодирующий белок, способный расщеплять хромогенный или флуорогенный субстрат.
Далее изобретение сопровождает ряд примеров, которые описывают получение и селекцию гаплоидных растений кукурузы, а фиг. 1 и 2 иллюстрируют генотипы, полученные вследствие применения схем скрещивания, описанных в примерах 1 и 2 соответственно.
Пример 1. Использование гена IaaH в селекции андрогенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
Наиболее удобным условно летальным геном для использования в селекции гаплоидов кукурузы является ген, кодирующий индолацетамид гидролазу (IaaH). Ген IaaH является доминантным бактериальным геном, определяющим заключительную стадию в биосинтезе бактериального ауксина, и отвечающим за превращение индолацетамида (ИАМ) в индолилуксусную кислоту (ИУК). Растения табака, несущие ген IaaH, являются фенотипически нормальными. Однако, если такие растения обрабатывают нафтилацетамидом (НАМ), это вещество превращается продуктом гена IaaH в нафтилуксусную кислоту (НУК), что приводит к резкой задержке роста таких обработанных растений.
Для того, чтобы ген IaaH мог быть использован в качестве маркера в ig-индуцированном получении андрогенетических гаплоидов, линия, несущая ig-ген, должна быть гомозиготной по IaaH. Возможная индуцирующая гаплоидность линия кукурузы, гомозиготная по IaaH, может быть получена следующим образом.
1. Вводят ig-ген в раннеспелый, не требовательный к уходу генотип с высоким уровнем индукции гаплоидов.
2. Трансформируют Igig генотипы геном IaaH хорошо известными специалистам способами и отбирают хорошо развивающиеся трансформанты.
3. Самоопыляют трансформированное растение для получения расщепляющегося S1 потомства (см. фиг. 1).
4. Удаляют во время цветения стерильные мужские растения (гомозиготные по igig-гену) из полученной популяции.
5. Самоопыляют оставшиеся растения.
6. Отбраковывают во время сбора урожая растения, имеющие початки только с нормальными семенами. Это растения, гаплоидные по IgIg.
7. Высевают по 20 семян каждого из оставленных потомков и опрыскивают проростки НАМ, что позволяет идентифицировать потомков, не имеющих IaaH гена (на них НАМ не действует). Эти растения выбраковывают. Оставшееся потомство (IgigIaaHIaaH и IgigIaaH генотипы, встречающиеся в соотношении 1:2) идентифицируют, и семена высевают вновь.
8. Выращивают растения, полученные на стадии 7.
9. После сбора урожая с растений, полученных на стадии 8, высевают по 20-30 семян с каждого растения и опрыскивают НАМ. Потомство, которое отличается НАМ-индуцированным замедлением роста, является гетерозиготным по IaaH, его выбраковывают. Потомки, характеризующиеся единообразным замедлением роста, происходят от искомого генотипа IgigIaaHIaaH (в рамке на фиг.1), их вновь высевают, используя оставшиеся семена.
10. Отобранные и вновь посеянные потомки делятся в соотношении 1:2:1 на IgIg, Igig и igig. igig растения характеризуются мужской стерильностью и их используют для репродукции индуцирующей гаплоиды линии. С этой целью проводят скрещивания между группой растений со стерильной пыльцой igig и сестринскими растениями с фертильной пыльцой. Скрещивания могут быть двух типов:
Figure 00000004

100% IgigIaaHIaaH, все растения имеют фертильную пыльцу и их выбраковывают
Figure 00000005

11. Посредством повторных скрещиваний по типу (б) между неограниченным количеством растений с генотипом igigIaaHIaaH может быть обеспечен высокий уровень получения андрогенетических гаплоидов.
12. Когда igigIaaHIaaH растения опыляют нормальной диплоидной популяцией или линией кукурузы, все диплоидные половые потомки имеют генотип IgigIaaH, а все материнские гаплоиды либо двойные гаплоиды имеют генотипы IgIaaH и igigIaaHIaaH соответственно. Все такие растения чувствительны к обработкам НАМ и поэтому могут быть исключены. Только потомки, не чувствительные к обработке НАМ, являются искомыми андрогенетическими гаплоидами и спонтанными двойными гаплоидами, имеющими генотипы Ig и Igig соответственно.
Пример 2. Использование констуитивно экспрессируемого гена нитратредуктазы (Nia) в селекции андрогенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
Нитратредуктаза (NR), которая катализирует первую стадию пути ассимиляции азота путем превращения нитрата в нитрит, обладает хлоратной токсичностью. Nia ген кодирует апофермент NR, и растения табака, трансгенные по констуитивно экспрессируемому Nia гену, являются фенотипически нормальными. Однако эти растения погибают при выращивании их на среде, содержащей в качестве единственного источника азота аммоний, и при обработке хлоратом.
В данном примере повторяют схему примера 1, за исключением того, что Igig генотипы на стадии 2 трансформируют не геном IaaH, а геном Nia, а селекцию на стадиях 7, 9 и 12 проводят путем обработки хлоратом растений, растущих на среде, содержащей в качестве единственного источника азота аммоний.
Пример 3. Использование доминантного условно летального гена в качестве маркера в селекции гиногенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
В примерах 1 и 2 описывают способы получения андрогенетических ig-индуцированных гаплоидов, в которых ig-линию, трансформированную геном IaaH или Nia, используют в качестве материнских растений в скрещиваниях с селекционной линией. В данном случае повторяют примеры 1 и 2, за исключением того, что геном IaaH или Nia трансформируют линию-опылитель, индуцирующую гаплоиды, и используют ее в качестве опылителя в скрещиваниях с селекционной линией.
Пример 4. Использование гена PAT в селекции андрогенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
Удобным геном для использования в качестве маркера в селекции гаплоидов кукурузы является ген, кодирующий фосфинотрицинацетилтрансферазу (Pat). Ген Pat является доминантным бактериальным геном, отвечающим за разложение фосфинотрицина. Растения кукурузы, несущие ген Pat, фенотипически нормальны и при обработке глуфосинатом сохраняют свою жизнеспособность в отличие от обработанных растений, не имеющих данного гена.
Для того, чтобы ген Pat мог быть использован в качестве маркера при получении ig-индуцированных андрогенетических гаплоидов, линия, несущая ген ig, должна быть гомозиготной по PAT. Удовлетворяющая этому требованию, индуцирующая гаплоиды линия кукурузы, гомозиготная по гену Pat, может быть получена по следующей схеме.
1. Вводят ген ig в раннеспелый, не требовательный к уходу генотип с высоким уровнем индукции гаплоидов.
2. Способами, хорошо известными специалистам, трансформируют Igig генотипы геном Pat и отбирают жизнеспособные трансформанты.
3. Самоопыляют трансформированное растение для получения расщепляющегося потомства S1 (см. фиг.2). Проверяют устойчивость потомства S1 к глуфосинату способом "кисть или краска", хорошо известным специалистам. Выбраковывают чувствительные растения (сегреганты, нестабильные трансформанты или слабые экспрессоры гена Pat).
4. Во время цветения выбраковывают мужские стерильные растения (гомозиготные по igig гену) из всей популяции.
5. Самоопыляют все оставшиеся растения.
6. В ходе сбора урожая выбраковывают растения, имеющие початки только с нормальными семенами. Они являются гомозиготами по IgIg.
7. Высевают все семена с каждого потомка, сохранившегося по п. 6, когда посеянные растения достигают стадии от 4 до 6 настоящих листьев, опрыскивают их раствором глуфосината в концентрации примерно 1,5 грамма на литр. Спустя некоторое время все растения, лишенные Pat гена, погибают в силу их чувствительности к этому гербициду. Оставшиеся гибриды (имеющие генотипы IgigPatPat и IgigPat-, встречающиеся в соотношении 1:2, сохраняют.
8. Выращивают растения, полученные на стадии 7.
9. После сбора урожая с растений, полученных на стадии 8, высевают по 20-30 семян с растения и проводят опрыскивание их глуфосинатом. Потомство, различающееся по чувствительности к гербициду, является гетерозиготным по гену Pat, и его выбраковывают. Потомство, проявляющее стабильную устойчивость к гербициду, происходит от искомого генотипа IgigPatPat (в рамке на фиг.2) и его сохраняют.
10. Потомство, полученное по п. 9, делится в соотношении 1:2:1 по генам IgIg, Igig и igig. Растения, имеющие генотип igig, проявляют мужскую стерильность и их используют для репродукции индуцирующей гаплоиды линии.
С этой целью проводят скрещивания между группой igig растений со стерильной пыльцой и сестринскими растениями с фертильной пыльцой. Скрещивания могут быть двух типов:
Figure 00000006

100% IgigPatPat, все растения с фертильной пыльцой, их выбраковывают.
Figure 00000007

11. Посредством повторных скрещиваний по типу (б) получают неограниченное количество растений с генотипом igigPatPat, необходимых для высокоэффективного производства андрогенетических гаплоидов.
12. При опылении растений igigPatPat нормальной диплоидной популяцией или линией кукурузы все диплоидные, полученные половым путем потомки имеют генотип IgigPat, а все материнские гаплоиды либо двойные гаплоиды имеют фенотипы igPat и igigPatPat соответственно. Такие растения устойчивы к обработке глуфосинатом и могут таким образом быть идентифицированы и выбракованы. Только те гибриды, которые проявляют чувствительность к обработке гербицидом, являются искомыми андрогенетическими гаплоидами и спонтанными двойными гаплоидами, имеющими генотипы Ig и IgIg соответственно. Для того, чтобы выявить гербицид-чувствительные гаплоидные растения, а также двойные гаплоиды, гербицидом следует обрабатывать каждое отдельное растение, нанося его предпочтительно на кончики листьев, путем либо опрыскивания, либо намазывания в концентрации примерно 1,5 грамма глуфосината на литр. Чувствительные растения легко идентифицировать спустя несколько дней после обработки по некрозам и последующему усыханию верхушек листьев. Растения, повреждения которых локализованы только на верхушках листьев, развиваются дальше и являются фертильными, если происходит удвоение хромосом.
Пример 5. Использование констуитивно экспрессируемого гена Бета-глюкуронидазы в скрининге андрогенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
Повторяют пример 4, за исключением того, что Pat ген заменен геном, кодирующим бета-глюкоронидазу (GUS), которая способна расщеплять глюкуронид, в состав которого входит регулятор роста растений или другой компонент, который при отщеплении от глюкуронида становится хромогенным, флуорогенным, либо еще как-либо легко обнаруживаемым для специалиста соединением.
1. Ген GUS лучше всего экспрессировать с помощью эмбрион-специфического промотора, так как следует избегать экспрессии гена GUS в эндосперме. Это существенно в силу того, что андрогенетический гаплоид или двойной гаплоид может с определенной частотой развиваться в ассоциации с эндоспермом, который происходит от одного из женских биполярных ядер в овуле. Экспрессия GUS эндоспермом может, таким образом, маскировать неэкспрессирующий андрогенетический гаплоидный или двойной гаплоидный эмбрион и продуцировать ложный позитивный уровень GUS.
2. Igig генотипы на стадии 2 примера 4 трансформируют геном бета-глюкуронидазы вместо гена Pat, проводят скрининг на семенах по п.п. 7, 9 и 12 посредством нанесения небольшого надреза в перикарпе семени, чтобы дать возможность глюкуронидному субстрату диффундировать в эмбрион. В случае, когда глюкуронид содержит компонент, способный к флуоресценции, он отщепляется бета-глюкуронидазой от глюкуронида диплоидных эмбрионов и может быть идентифицирован по его флуоресценции из-за экспрессии интродуцированного GUS гена. Напротив, андрогенетические гаплоидные эмбрионы не имеют GUS и не будут флуоресцировать. В любом случае различия между разными типами клеток легко установить с помощью известных методов, включая авторадиографию и спектроскопию.
Пример 6. Использование доминантного селектируемого или скринируемого гена в качестве маркера в селекции гиногенетических гаплоидов и двойных гаплоидов кукурузы
В примерах 4 и 5 описывают способы получения андрогенетических ig-индуцируемых гаплоидов, в которых ig-линию, трансформированную Pat или GUS геном, используют в качестве материнских растений в скрещиваниях с селекционной линией. В данном случае повторяют примеры 4 и 5, за исключением того, что индуцирующую гаплоиды линию-опылитель трансформируют Pat или GUS геном и используют в качестве опылителя в скрещиваниях с селекционной линией.
Следует отметить, что изобретение не ограничено селекцией гаплоидов кукурузы (андрогенетических или гиногенетических), как описано выше, оно также может быть использовано в селекции гаплоидов у других растений, особенно культурных растений, содержащих гены индукции гаплоидов. Кроме того, любой удобный доминантный селектируемый или скринируемый ген может заменить гены Pat или GUS соответственно, и подобным же образом гены IaaH и Nia могут быть заменены любым удобным доминантным условно летальным геном.
Следует также отметить, что доминантные гены могут быть использованы в селекции гаплоидов на специфических стадиях развития. В этом отношении особенно существенно то, что указанные гены находятся под контролем промотора, функционирующего в эмбрионе, что обеспечивает возможность проводить селекцию гаплоидов на уровне зерен, а не целых растений (как описано ранее).

Claims (16)

1. Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений, отличающийся тем, что линию, несущую ген индукции гаплоидов и гомозиготную по маркерному трансгену, используют для скрещивания с линией-производителем.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркерный ген является доминантным условно летальным трансгеном, продукт которого способен обеспечивать конверсию нелетальных или неингибирующих факторов в летальные или ингибирующие факторы.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркерный ген является доминантным селектируемым маркерным трансгеном, продукт которого способен обеспечить конверсию токсичного, ингибирующего или иным образом нарушающего метаболизм фактора в менее токсичный, ингибирующий в меньшей степени или нарушающий в меньшей степени фактор, или доминантным скринируемым маркерным трансгеном, продукт которого способен давать ткань, обладающую определенными фенотипическими характеристиками.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при селекции гаплоидных и двойных гаплоидных андрогенетических растений линию, гомозиготную по маркерному трансгену и несущую признак индукции гаплоидов, используют в качестве женского родителя при скрещивании с линией-производителем.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что включает следующие стадии: а) трансформации растения, гетерозиготного по гену индукции гаплоидов, маркерным геном; б) самоопыления растений, отобранных на стадии а); в) удаления мужских стерильных растений из популяции растений, полученных на стадии б); г) самоопыления растений, оставшихся после стадии в); д) выбраковывания растений, полученных на стадии г); которые являются гомозиготными по доминантному гену индукции гаплоидов; е) отбора потомства, оставшегося после стадии д), содержащего маркерный ген; ж) самоопыления растений, выбранных на стадии е); з) отбора потомства, полученного на стадии ж), которое является гомозиготным по доминантному маркерному гену; и) скрещивания растений, полученных на стадии з), и отбора растений, которые являются гомозиготными по маркерному гену и гомозиготным по рецессивному гену индукции гаплоидов; к) опыления растения, полученных на стадии и), диплоидными растениями; и л) обнаружения или отбора гаплоидов и двойных гаплоидов андрогенетических растений, полученных на этапе к).
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при селекции гаплоидных и двойных гаплоидных гиногенетических растений линию, гомозиготную по маркерному трансгену и несущую призрак индукции гаплоидов, используют в качестве линии-опылителя при скрещивании с линией-производителем.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что включает следующие стадии: а) скрещивания отобранного, полученного в результате инбридинга генотипа, способного индуцировать гиногенетические гаплоиды (линия-индуктор), в качестве женского родителя, с генотипом, гомозиготным по маркерному трансгену в качестве опыляющего растения, или же трансформации указанного отобранного генотипа маркерным геном и отбора стабильных трансформантов; б) обратного скрещивания растений, полученных на стадии а), с линией-индуктором; в) удаления растений, утративших маркерный ген, из потомства, полученного на стадии б); г) самоопыления некоторого числа растений, оставшихся после стадии в); д) удаления растений, утративших маркерный ген, из потомства, полученного на стадии г); е) скрещивания некоторого числа растений, которые не являются индукторами или маркерными растениями, в качестве материнских родителей, с соответствующим количеством растений, оставшихся после стадии д), в качестве опыляющих растений, и получение самоопыленных семян всех опыляющих родителей; ж) использование самоопыленных растений, полученных на этапе е), для скрининга опыляющих родителей на гомозиготность по маркерному гену, а также на способность к индукции гиногенетических гаплоидов; з) использования оставшихся самоопыленных семян, полученных от опыляющих родителей на стадии е), у которых гомозиготность по маркерному гену сочетается с удовлетворительной способностью к индукции гиногенетических гаплоидов, в качестве линии-опылителя, в скрещивании с линией-производителем; и) обнаружения или отбора гиногенетических гаплоидов и двойных гаплоидов из растений, полученных на стадии з).
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что линия-опылитель имеет генотип, способный к индукции гиногенетических гаплоидов с частотой более чем 0,1%.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что частота составляет около 0,5%.
10. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что в качестве растения используют кукурузу.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что ген индукции гаплоидов является геном "неопределенного гаметофита" (ig).
12. Способ по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что маркерный ген является условно летальным геном, который обеспечивает чувствительность к химическому соединению.
13. Способ по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что маркерный ген является селектируемым маркерным геном, который обеспечивает устойчивость либо выносливость к гербициду или антибиотику, или скринируемым геном, кодирующим белок, способный расщеплять хромогенный или флуорогенный субстрат.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что гербицид выбран из группы, состоящей из глуфозината и глифозата.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что химическое соединение выбрано из группы, состоящей их хлората, нафтилацетамида и индол-3-ацетамида.
16. Способ по п.12, отличающийся тем, что летальный ген кодирует индолацетамидгидролазу (IaaH) либо нитратредуктазу (NR), селектируемый ген кодирует фосфинотрицинацетилтрансферазу (PAT), глифозатоксидоредуктазу (GOX) либо EPSPS, а скринируемый ген кодирует бета-глюкуронидазу.
Приоритет по пунктам:
06.07.1993 - по пп.1, 2, 4 - 12 и 15 - 16;
04.07.1994 - по пп.3 и 13 и 14.
RU94023241/13A 1993-07-06 1994-07-04 Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений RU2158502C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9313975.6 1993-07-06
GB939313975A GB9313975D0 (en) 1993-07-06 1993-07-06 Improvements in or relating to organic compounds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94023241A RU94023241A (ru) 1996-09-10
RU2158502C2 true RU2158502C2 (ru) 2000-11-10

Family

ID=10738383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94023241/13A RU2158502C2 (ru) 1993-07-06 1994-07-04 Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений

Country Status (13)

Country Link
US (1) US5639951A (ru)
EP (1) EP0636310A1 (ru)
JP (1) JPH07143829A (ru)
AU (1) AU684076B2 (ru)
CA (1) CA2127298A1 (ru)
CZ (1) CZ290289B6 (ru)
GB (1) GB9313975D0 (ru)
HU (1) HU219135B (ru)
IL (1) IL110208A0 (ru)
PL (1) PL304110A1 (ru)
RU (1) RU2158502C2 (ru)
SK (1) SK79294A3 (ru)
ZA (1) ZA944890B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571927C2 (ru) * 2009-10-06 2015-12-27 Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния Создание гаплоидных растений и усовершенствование селекции растений

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9416763D0 (en) * 1994-08-18 1994-10-12 S & S Seeds Bv Organic compounds
US5749169A (en) * 1995-06-07 1998-05-12 Pioneer Hi-Bred International, Inc. Use of the indeterminate gametophyte gene for maize improvement
CN1219885C (zh) 1998-12-22 2005-09-21 加拿大国家研究委员会 转基因植物及其生产方法
GB2355459B (en) 1999-11-29 2001-09-26 Isis Innovation A dominant conditional lethal genetic system
US6646264B1 (en) * 2000-10-30 2003-11-11 Monsanto Technology Llc Methods and devices for analyzing agricultural products
WO2002052926A2 (en) * 2001-01-05 2002-07-11 Northwest Plant Breeding Co. Methods for generating doubled haploid maize plants
US20020188965A1 (en) * 2001-04-20 2002-12-12 Zou-Yu Zhao Methods of transforming plants
PT1499545E (pt) 2002-04-04 2008-03-20 Monsanto Technology Llc Sistema automatizado de triagem, pesagem e recolha de matéria particulada
US20040210959A1 (en) * 2003-03-19 2004-10-21 Monsanto Technology Llc A Novel Method for Production of Transformed Dihaploid Corn Plants
GB2404382B (en) 2003-07-28 2008-01-30 Oxitec Ltd Pest control
CA2539935C (en) 2003-09-23 2015-11-17 Monsanto Technology Llc High throughput automated seed analysis system
US7703238B2 (en) 2004-08-26 2010-04-27 Monsanto Technology Llc Methods of seed breeding using high throughput nondestructive seed sampling
US7832143B2 (en) 2004-08-26 2010-11-16 Monsanto Technology Llc High throughput methods for sampling seeds
EP1819212B1 (en) 2004-08-26 2013-10-23 Monsanto Technology, LLC Automated testing of seeds
ATE516344T1 (de) * 2005-05-24 2011-07-15 Ca Nat Research Council Verfahren zur herstellung von aus mikrosporen abgeleiteter doppelhaploider apiaceae
US8859846B2 (en) 2005-09-21 2014-10-14 E. I. Du Pont De Nemours And Company Doubling of chromosomes in haploid embryos
GB2443186A (en) 2006-10-25 2008-04-30 Oxitec Ltd Expression system for mediating alternative splicing
US7998669B2 (en) 2006-03-02 2011-08-16 Monsanto Technology Llc Automated contamination-free seed sampler and methods of sampling, testing and bulking seeds
US8028469B2 (en) 2006-03-02 2011-10-04 Monsanto Technology Llc Automated high-throughput seed sampler and methods of sampling, testing and bulking seeds
US20070214515A1 (en) * 2006-03-09 2007-09-13 E.I.Du Pont De Nemours And Company Polynucleotide encoding a maize herbicide resistance gene and methods for use
RU2009102660A (ru) 2006-06-28 2010-08-10 Монсанто Текнолоджи Ллс (Us) Установка и способ сортировки мелких предметов
BRPI0806864A2 (pt) 2007-02-02 2014-04-29 Pioneer Hi Bred Int Método de seleção de embriões haplóides, método de desenvolvimento de uma linhagem indutora haplóide de milho transformada, método de produção de embriões haplóides e embriões diplóides não-viáveis em uma planta, método de seleção de embriões haplóides, linhagens indutoras haplóides de milho transgênico
BRPI0811990A2 (pt) 2007-05-31 2014-09-23 Monsanto Technology Llc Separador de semente
AR069385A1 (es) 2007-11-20 2010-01-20 Monsanto Technology Llc Sistema de obtencion de imagenes automatizadas para usar en la determinacion y/o cuantificacion de la presencia o infestacion de plagas en productos agricolas
US9842252B2 (en) 2009-05-29 2017-12-12 Monsanto Technology Llc Systems and methods for use in characterizing agricultural products
US8916383B2 (en) 2009-08-12 2014-12-23 Pioneer Hi Bred International Inc Apparatus and methods to gain access to and extract intact immature embryos from developing maize kernels or specific internal tissue or structures from one or more seeds
US8735690B2 (en) 2010-06-04 2014-05-27 The Regents Of The University Of California Maize variety and method of production
GB2500113A (en) 2012-03-05 2013-09-11 Oxitec Ltd Arthropod male germline gene expression system
GB201303932D0 (en) 2013-03-05 2013-04-17 Oxitec Ltd Muscle actin promoter
CN103430826B (zh) * 2013-08-09 2015-04-08 北京市农林科学院 五位一体品种选育方法
GB2526867A (en) 2014-06-05 2015-12-09 Oxitec Ltd Gene expression system
WO2018029534A1 (en) 2016-08-12 2018-02-15 Oxitec Ltd. A self-limiting, sex-specific gene and methods of using
CN106359073A (zh) * 2016-08-23 2017-02-01 吉林省农业科学院 孤雄诱导基因表达盒和孤雄诱导表达载体及其应用
EP3606324A1 (en) 2017-04-07 2020-02-12 Limagrain Europe Method for sorting corn kernels of a batch of corn kernels

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4425737A (en) * 1981-10-14 1984-01-17 Agrigenetics Research Associates Limited Methods for mutant selection in cereal crops
US4517763A (en) * 1983-05-11 1985-05-21 University Of Guelph Hybridization process utilizing a combination of cytoplasmic male sterility and herbicide tolerance
US5180873A (en) * 1985-04-16 1993-01-19 Dna Plant Technology Corporation Transformation of plants to introduce closely linked markers
NZ221375A (en) * 1987-07-30 1990-09-26 Nz Scientific & Ind Res Hybrid seed production using a phytotoxic chemical to eliminate undesirable seeds
US5084082A (en) * 1988-09-22 1992-01-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company Soybean plants with dominant selectable trait for herbicide resistance
GB9014090D0 (en) * 1990-06-25 1990-08-15 Zaadunie Bv Improvements in or relating to organic compounds

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Муромцев Г.С. и др. Основы сельскохозяйственной биотехнологии. - М.: Агропромиздат, 1990. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571927C2 (ru) * 2009-10-06 2015-12-27 Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния Создание гаплоидных растений и усовершенствование селекции растений

Also Published As

Publication number Publication date
RU94023241A (ru) 1996-09-10
PL304110A1 (en) 1995-01-09
AU6613494A (en) 1995-01-19
US5639951A (en) 1997-06-17
GB9313975D0 (en) 1993-08-18
CZ290289B6 (cs) 2002-07-17
CZ161194A3 (en) 1995-07-12
SK79294A3 (en) 1995-01-12
ZA944890B (en) 1996-01-06
CA2127298A1 (en) 1995-01-07
EP0636310A1 (en) 1995-02-01
IL110208A0 (en) 1994-10-21
HUT68797A (en) 1995-07-28
JPH07143829A (ja) 1995-06-06
HU9402021D0 (en) 1994-09-28
HU219135B (hu) 2001-02-28
AU684076B2 (en) 1997-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2158502C2 (ru) Способ селекции гаплоидов и двойных гаплоидов растений
Kuckuck et al. Fundamentals of plant breeding
Fehr Principles of cultivar development: theory and technique
Poehlman Breeding field crops
JP2023153180A (ja) トバモウイルスであるトマト褐色縮葉フルーツウイルス(tbrfv)に対するソヌラム・リコペルシカム植物における耐性
US20200029524A1 (en) Tomato variety nun 09247 tof
Molenaar et al. Production of doubled haploid lines for hybrid breeding in maize
CN110381733A (zh) 生产具有改进的种子萌发特性的种子的方法
Cengiz et al. Development of doubled haploid maize lines by using in vivo haploid technique
Ma et al. Agronomic performance of lines derived from anther culture, maize pollination and single-seed descent in a spring wheat cross
US20230276763A1 (en) Resistance in plants of solanum lycopersicum to the tobrfv
Kaur et al. Inheritance of alloplasmic fertility restoration in eggplant (Solanum melongena L.)
Degefa Plant breeding methods: In brief for student
CA2449434A1 (en) Method of producing field corn seed and plants
US20230389497A1 (en) Methods for cereal crop hybrid test cross evaluation
DeVerna et al. Genetics of Lycopersicon
US20180317417A1 (en) Spinach variety nun 06202 sps
Bome et al. Theoretical and Applied Aspects of Mutations Induction for Improving Agricultural Plants
US12016285B2 (en) Higher-yielding proso
US10779494B2 (en) Carrot variety NUN 89853 CAC
Bliss Plant breeding, crop cultivars, and the nature of genetic variability
Austin et al. Induction and Characterization of Mutations Related to Dwarf Habit in Hardy Hibiscus (Muenchhusia section)
Ortiz et al. Dedication: Stanley J. Peloquin potato geneticist and cytogeneticist
CA3091666A1 (en) Tomato variety nun 09247 tof
KR20240057449A (ko) 열대 뿌리혹 선충 저항성 당근 식물

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030705